Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
266
ся также радиальные градиенты в расплаве. Все вместе позволяет поддерживать скорость выращивания почти неизменной. Величина угла а (см. рис. 125, б) определяется диаметром тигля и кристалла. Использование таких подставок дает возможность с применением современных средств автоматизации выращивать монокристаллы, у которых отклонение от заданного диаметра не превышает ± 1,0 мм, а остатки кремния в тигле составляют < 3 % от массы загрузки.
На современных установках выращивают монокристаллы в потоке инертного газа при абсолютном давлении (0,27-4)- IO3 Па. Инертный газ, чаще всего аргон или гелий, подается в камеру выращивания на поверхность расплава через газоподающую трубу, устанавливаемую коаксиально выращиваемому монокристаллу. Инертный газ захватывает частицы испаряющегося с поверхности расплава монооксида кремния и уносит их потоками, создаваемыми вакуумным агрегатом. Главное требование к подающей и отводящей газ системе - предотвратить оседание монооксида на деталях экранировки, так как в течение процесса выращивания возможно отслаивание частиц монооксида и попадание их в расплав. Попадая на фронт кристаллизации, такие частицы могут быть причиной образования дислокаций в растущем бездислокационном монокристалле, появления двойников и др.
В установках ”Редмет-15” и Редмет-30” для создания вакуума используются форвакуумные насосы НВЗ-75,агрегаты АВР-150. Верхний ' и нижний шток уплотняются при помощи манжетов.
Вакуумный агрегат, откачивающий воздух из плавильной камеры перед началом процесса или инертный газ с продуктами плавки (монооксид кремния) в течение процесса, должен в холостом режиме (без плавления) создавать в камере разрежение < 4 Па. Важным показателем нормальной работы вакуумного агрегата является проверяемая перед каждой плавкой стабильность вакуума, фиксируемого по показа: ниям прибора, измеряющего давление в камере.
После откачки воздуха из камеры выращивания проверяют натекание, являющееся важнейшим показателем состояния оборудования. Натекание должно составлять < 1,33 ¦ IO'4-6,65 • IO'4 Па -M3-C'1. При более высоких значениях натекания необходимо найти (при помощи гелиевых течеискателей различной конструкции) и устранить течь. Кроме вакуумных течей, возможно также образование микроте-чей воды по внутренней поверхности камеры, которые обнаруживаются визуально.
Система подачи инертного газа в камеру должна быть герметичной и находиться под давлением до 1,72 • IOs Па. Она не должна иметь течей; ее исправность проверяется обмыливанием узлов и соединений. В электроприводах установки используются безвибрационные двигатели.
267
Система автоматического управления (САУ) процессом выращивания на установках типа "Редмет” включает в себя микропроцессоры, задачей которых является согласование температурных и скоростных параметров процесса по заданной программе для обеспечения постоянного диаметра кристалла. Датчиком диаметра является электроннооптическая система с чувствительным фотоэлементом, на который подается сигнал, отраженный от мениска столбика расплава в подкрис-тальной области.
Основные технологические материалы (кварц, графит)
Кварцевое стекло или плавленый кварц - кислотоупорный и огнеупорный материал, обладающий высокими электро- и теплоизоляционными свойствами, высокой термической стойкостью и очень низким коэффициентом линейного расширения.
Основу кварцевого стекла составляет диоксид кремния (SiO2), который получают осаждением из силикатных растворов, разложением кремниевой кислоты, реакцией гидридных, хлоридных и фтористых соединений кремния с водой или кислородом. Из диоксида кремния получают сплошные массивные изделия или покрытия (например, на графите и т.п.).
Можно сформулировать следующие требования, предъявляемые к кварцевому тиглю: высокие чистота, химическая стойкость, термостойкость (особенно при увеличении диаметра); точные геометрические размеры (минимальная разнотолщинность); сравнительно большие диаметр и высота, обеспечивающие большую единичную загрузку кремния.
Один из методов получения кварцевых тиглей основан на переработке природного кварца. Он (рис. 126, а) включает получение блоков из природного кварца, вытягивание труб из этих блоков с последующей завальцовкой торцевой части трубы и изготовление плавного перехода к донной части тигля.
Донную часть тигля изготавливают отдельно, а затем приваривают к цилиндрической заготовке. Полученные по такой технологии тигли отличаются очень точными размерами, высокой прозрачностью, однако содержат повышенное количество микропримесей (I ррт). Можно исключить операцию вытягивания трубы и осуществлять формирование тигля методом электроплавки кварцевого порошка в специальных вращающихся формах.
В промышленности находит применение метод шликерного литья из водных суспензий. Кварц (природный, отходы производства - битый кварц, брак кварцевых тиглей и т.п.) после дробления и измельчения в шаровых мельницах образует суспензию из тонкоизмельченного
268
кварца и воды. Суспензию заливают в гипсовые формы (шликер), где вода отсасывается и образуется кварцевый черепок, повторяющий размеры и конфигурацию гипсовой формы - заготовку изделия. Затем заготовку подвергают специальным операциям сушки и полного удаления влаги. После этого она проходит высокотемпературную обработку; получается прозрачный кварцевый тигель [170].
